Эмбриональная индукция и закладка плана строения: организатор, морфогены, Hox-гены

Весной 1921 года аспирантка Фрайбургского университета Хильде Прёшольдт (вскоре она вышла замуж и стала Хильде Мангольд) получила от своего руководителя Ханса Шпемана трудное задание. Нужно было вырезать крошечный кусочек ранней гаструлы тритона — верхнюю губу бластопора — и пересадить его на брюшную сторону другой гаструлы. Инструменты — стеклянная игла и петля из детского волоса, зародыш — шарик диаметром около двух миллиметров, большинство пересаженных зародышей погибало. Из сотен операций удачными оказались единицы. Но то, что из них развилось, перевернуло эмбриологию: на брюшной стороне зародыша-хозяина выросли вторая нервная трубка, хорда, сомиты — почти целый второй зародыш, сросшийся с первым. Статья Шпемана и Мангольд вышла в 1924 году [1]. В том же году Хильде Мангольд погибла при несчастном случае дома — на кухне взорвался нагреватель; ей было 26 лет. Шпеман в 1935 году получил за открытие организатора Нобелевскую премию по физиологии и медицине; соавтор открытия до неё не дожила.

Это десятая статья серии о размножении и индивидуальном развитии организмов (начало — «Одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы»). В предыдущих статьях описано, что происходит с зародышем: дробление («Дробление зиготы и бластула»), гаструляция и закладка органов («Гаструляция, зародышевые листки и органогенез»). Эта статья — о том, почему всё происходит именно так: как части зародыша влияют друг на друга и как гены задают план строения тела.

• 1. Части зародыша влияют друг на друга
• 2. Классические опыты
• 3. Что выделяет организатор
• 4. Цепь индукций: как развивается глаз
• 5. Морфогены и позиционная информация
• 6. Как гены строят план тела: дрозофила
• 7. Гомеозисные гены
• 8. Гены развития и эволюция
• 9. Дифференцировка: одни гены — разные клетки
• 10. Итог: что важно знать
• 11. Частые ошибки
• 12. Интересные факты
• 13. Частые вопросы
• 14. ЕГЭ
• 15. Для олимпиад
• 16. Задания с разбором
• Литература

1. Части зародыша влияют друг на друга

Можно представить себе развитие как исполнение готовой программы: каждая клетка с самого начала «знает», чем ей стать, и просто выполняет инструкцию. Для некоторых животных, например для круглого червя ценорабдитиса или асцидий, это отчасти так (см. статью о дроблении). Но у позвоночных судьба большинства клеток на ранних стадиях не определена. Она зависит от того, где клетка оказалась и какие сигналы получила от соседей.

Влияние одной части зародыша на развитие другой называют эмбриональной индукцией. Часть, которая влияет, — индуктор; она выделяет сигнальные вещества, которые изменяют работу генов в клетках другой части. Но ответить на сигнал ткань может не всегда, а лишь в определённый период развития — пока она обладает компетентностью. Если сигнал пришёл слишком рано или слишком поздно, ткань его «не услышит».

Последовательность событий такова: индуктор подаёт сигнал → компетентная ткань отвечает → клетки детерминируются, то есть «решают», кем стать, → затем дифференцируются, приобретая строение и функции специализированных клеток. Детерминацию проверяют пересадкой: если клетку перенести в другое место зародыша и она всё равно разовьётся «по-своему», значит, её судьба уже определена. До детерминации клетка в новом месте развивается так же, как её новые соседи.

Как клетка «слышит» сигнал

Сигнал индуктора — обычно белок, который выходит из клеток и расходится в межклеточном пространстве. На мембране клеток-мишеней находятся белки-рецепторы, способные связать именно этот сигнальный белок. Связав его, рецептор запускает внутри клетки цепь реакций, которая доходит до ядра и включает или выключает определённые гены. Поэтому компетентность ткани — это прежде всего наличие у её клеток нужных рецепторов и внутриклеточных «передатчиков» сигнала. Удивительно, что сигнальных путей в развитии животных немного — около десятка. Одни и те же белки снова и снова используются в разных органах и на разных стадиях: тот же сигнал, что разделяет нервную трубку на отделы, определяет порядок пальцев, а сигнал, превращающий эктодерму в кожу, участвует в образовании костей и зубов. Результат зависит не столько от сигнала, сколько от того, какая ткань его получает и когда.

2. Классические опыты

Экспериментальная эмбриология началась с вопроса: заложена ли судьба клеток с самого начала или определяется по ходу развития? Первые ответы дали опыты Вильгельма Ру и Ханса Дриша, подробно разобранные в статье о дроблении: Ру в 1888 году убивал один из двух бластомеров лягушки и получал полузародыш, а Дриш в 1891 году разделял бластомеры морского ежа и получал из каждого целую личинку. Ключевым оказалось то, что у Ру мёртвый бластомер оставался рядом с живым.

Петля из волоса

Ханс Шпеман начал свои опыты в 1897 году, затягивая на зародыше тритона петлю из волоса своей новорождённой дочери — тоньше инструмента тогда не было. Если петля разделяла зародыш на стадии двух клеток в плоскости первой борозды, из каждой половины развивался целый маленький тритон — Шпеман получал однояйцевых близнецов. Но если петля проходила иначе, нормальный зародыш развивался лишь из одной половины, а другая превращалась в бесформенный «живот» — комок клеток без осевых органов. Оказалось, что целый зародыш получается только из половины, содержащей участок серого серпа — будущую спинную сторону и место будущей губы бластопора. Значит, в этом участке есть что-то особенное.

Опыт Шпемана и Мангольд

Чтобы различить клетки донора и хозяина, Хильде Мангольд брала зародышей двух видов тритонов: светлого гребенчатого и тёмного (с пигментом) обыкновенного. Верхнюю губу бластопора ранней гаструлы светлого тритона она пересаживала на брюшную сторону гаструлы тёмного. Через несколько дней на брюшной стороне хозяина развивался второй осевой комплекс органов. Самое важное обнаружилось на срезах: пересаженные светлые клетки образовали в основном хорду и часть сомитов, а нервная трубка, большая часть сомитов и других тканей второго зародыша состояла из тёмных клеток хозяина. Значит, пересаженный участок не просто развивался сам, а заставил клетки хозяина, которые в норме стали бы кожей брюха, образовать нервную трубку и другие осевые органы. Шпеман назвал этот участок организатором.

3. Что выделяет организатор

После опыта Шпемана и Мангольд началась охота за «веществом-организатором». Сначала она привела к полной путанице. В 1930-х годах выяснилось, что нервную ткань из эктодермы тритона вызывает не только живой организатор, но и убитый нагреванием или спиртом, кусочки печени и почек мыши, вытяжки из разных тканей и даже некоторые красители. Казалось, что индуктором может быть почти что угодно. Многие эмбриологи разочаровались, и тема на несколько десятилетий отошла в тень.

Разгадка пришла в 1990-х годах, когда в распоряжении биологов появились методы молекулярной биологии. В 1992 году американские исследователи Уильям Смит и Ричард Харланд нашли белок, который выделяют клетки организатора шпорцевой лягушки, и назвали его ноггином [2]. Если ввести мРНК ноггина в зародышей, у которых облучением ультрафиолетом подавили образование спинной стороны, спинные структуры у них восстанавливались. В 1994 году японский биолог Ёсики Сасаи, работавший в лаборатории Эдди Де Робертиса в США, нашёл второй такой белок — хордин [3]. Самое неожиданное выяснилось, когда поняли, как эти белки работают. Они не приказывают эктодерме стать нервной тканью. Они связывают и обезвреживают другие сигнальные белки, которые выделяют клетки брюшной стороны и которые превращают эктодерму в кожу.

Отсюда родилась модель, которую американские биологи Али Хеммати-Бриванлу и Дуглас Мелтон кратко сформулировали в 1997 году: клетки эктодермы зародыша позвоночного станут нервными клетками, если им не скажут иного [4]. Нервная ткань — «путь по умолчанию». Сигналы брюшной стороны превращают эктодерму в кожу, а организатор блокирует эти сигналы на спинной стороне, и там эктодерма становится нервной пластинкой. Эта модель объяснила и загадку 1930-х: многие вещества, повреждающие клетки эктодермы, нарушали восприятие «кожного» сигнала и тем самым открывали путь по умолчанию.

Откуда берётся организатор

Сам организатор тоже возникает в результате индукции. В 1969 году нидерландский эмбриолог Питер Ньюкуп разрезал бластулу аксолотля на анимальную и вегетативную части. По отдельности анимальная часть давала только эктодерму, а вегетативная — только энтодерму. Но если их соединяли, в анимальной части на границе с вегетативной появлялась мезодерма. Значит, вегетативные клетки индуцируют образование мезодермы у соседних клеток. Особенно сильно это делают вегетативные клетки спинной стороны, расположенные под серым серпом: они индуцируют над собой организатор. Эту область назвали центром Ньюкупа. Получается цепочка: поворот цитоплазмы после оплодотворения → центр Ньюкупа на спинной стороне → организатор в губе бластопора → нервная пластинка и осевые органы.

Организаторы есть у всех позвоночных. У птиц и млекопитающих его роль играет первичный (гензеновский) узелок на переднем конце первичной полоски: если пересадить его в другой зародыш, там тоже образуется дополнительная ось тела. У рыб организатор — зародышевый щиток. И везде клетки организатора выделяют одни и те же белки — ноггин, хордин и им подобные.

4. Цепь индукций: как развивается глаз

Индукции в развитии редко бывают одиночными. Чаще они образуют цепь: структура, возникшая под влиянием индуктора, сама становится индуктором следующей. Классический пример — развитие глаза позвоночных.

1. От переднего мозга нервной трубки (точнее, от будущего промежуточного мозга) с двух сторон выпячиваются глазные пузыри.
2. Глазной пузырь дорастает до покровной эктодермы головы и касается её. Под его влиянием эктодерма в этом месте утолщается — образуется хрусталиковая плакода.
3. Глазной пузырь впячивается и превращается в двустенный глазной бокал: из его внутренней стенки разовьётся сетчатка, из наружной — пигментный слой.
4. Утолщённая эктодерма впячивается в бокал и отшнуровывается — образуется хрусталиковый пузырёк, который становится хрусталиком.
5. Хрусталик, в свою очередь, индуцирует превращение покровной эктодермы над ним в прозрачную роговицу.

В 1901 году Шпеман удалял у зародышей лягушки зачатки глазного пузыря, и хрусталик не образовывался. В 1904 году американский эмбриолог Уоррен Льюис пересаживал глазной пузырь под эктодерму боковой стороны туловища — и там, вдали от головы, из кожной эктодермы образовывался хрусталик [5]. Позже выяснилось, что не всякая эктодерма способна на это: эктодерма туловища поздних зародышей уже не отвечает на сигнал глазного пузыря, а эктодерма головы готова к нему, поскольку раньше получила сигналы от других тканей. Так понятие компетентности получило наглядное подтверждение.

Индуктор говорит «что», ткань решает «как»

В 1932 году Шпеман со своим учеником Оскаром Шотте поставил остроумный опыт. Они пересадили кусочек брюшной эктодермы зародыша лягушки в область будущего рта зародыша тритона. У головастиков лягушки и личинок тритона ротовой аппарат устроен по-разному: у головастика — роговые челюсти и зубчики, у тритона — настоящие зубы и балансёры, выросты по бокам головы. Из пересаженной эктодермы лягушки под влиянием тканей тритона развился рот — но лягушачий, с роговыми челюстями. Вывод: индуктор подаёт сигнал «здесь будет рот», а как именно рот будет устроен, определяют гены реагирующей ткани. Это ровно то же, что показал через 60 с лишним лет опыт с мышиным геном глаза у мухи.

Другие индукции

Куриные зубы

В английском языке есть выражение «редкий, как куриные зубы». У птиц зубов нет уже около ста миллионов лет. Но в 1980 году американские исследователи Эдвард Коллар и Кристофер Фишер соединили эпителий ротовой полости зародыша курицы с мезенхимой зачатка зуба зародыша мыши и пересадили эту комбинацию в глаз взрослой мыши, где она могла развиваться [6]. Через несколько недель в ней образовались настоящие зубы с эмалью — а эмаль строит эпителий, то есть клетки курицы. Вывод был поразителен: у курицы сохранились гены, нужные для образования эмали, но они «молчат», потому что мезенхима челюсти птицы утратила способность подавать эпителию нужный сигнал. Мышиная мезенхима этот сигнал подала, и куриный эпителий его «услышал». Сейчас известно, что у птиц ген главного белка эмали разрушен мутациями, и спор о том, что именно образовалось в опыте Коллара и Фишера, продолжается; но сам принцип — эпителий и мезенхима зуба индуцируют друг друга — подтверждён многократно.

Взаимная индукция: почка

Индукция бывает и взаимной. Окончательная почка позвоночных развивается из двух зачатков: выроста протока первичной почки — будущего мочеточника — и скопления мезенхимы рядом с ним. Вырост врастает в мезенхиму и индуцирует её клетки: они собираются в комочки, которые превращаются в почечные канальцы и капсулы клубочков. В ответ мезенхима выделяет сигналы, заставляющие вырост ветвиться, — из ветвей образуются собирательные трубочки и почечные лоханки. Если в 1950-х годах вырост и мезенхиму разделяли тонким фильтром с порами, через которые не проходят клетки, индукция всё равно происходила: значит, сигнал передаётся веществами. Без такого «диалога» почка не развивается: при нарушении роста выроста ребёнок может родиться без одной или обеих почек.

5. Морфогены и позиционная информация

Как клетка «узнаёт», в каком месте зародыша она находится? В 1969 году британский эмбриолог Льюис Уолперт предложил простую и наглядную модель [7]. Представим полоску клеток, на одном конце которой выделяется сигнальное вещество. Оно расходится по полоске, и его концентрация убывает с расстоянием. Каждая клетка «измеряет» концентрацию: при высокой включает одни гены, при средней — другие, при низкой — третьи. В результате полоска делится на три зоны, как французский флаг на синюю, белую и красную полосы. Модель так и назвали — «французский флаг». Вещество, концентрация которого определяет судьбу клеток, называют морфогеном, а сведения клетки о её положении — позиционной информацией.

Долгое время морфогены оставались гипотезой. Первый был найден у дрозофилы. В 1988 году немецкие исследователи Вольфганг Дривер и Кристиана Нюслейн-Фольхард окрасили зародыши мухи антителами к белку бикоид и увидели градиент: белок в высокой концентрации находится у переднего конца зародыша и постепенно убывает к заднему [8]. мРНК этого белка мать откладывает у переднего полюса яйца, и белок расходится оттуда по ещё не разделённому на клетки зародышу. Ядра, оказавшиеся в зоне высокой концентрации бикоида, включают «головные» гены, в зоне средней — «грудные». У самок с мутацией, разрушающей ген бикоида, зародыши развиваются без головы и груди, а если ввести мРНК бикоида в задний конец яйца, голова образуется и там.

У позвоночных хорошо изучен морфоген под названием «звуковой ёж» — белок, получивший имя по персонажу компьютерной игры, а начало названию дал ген дрозофилы hedgehog («ёж»), мутанты по которому покрыты щетинками, как ёж иглами. Его выделяют хорда и клетки дна нервной трубки, и его концентрация определяет, какие нейроны образуются на разной высоте спинного мозга. Тот же белок выделяет небольшой участок на заднем краю зачатка конечности — зона поляризующей активности. Она определяет порядок пальцев: ближе к ней образуется мизинец, дальше всего — большой палец. В 1968 году американские эмбриологи Джон Сондерс и Мэри Гасселинг пересадили эту зону на передний край зачатка крыла цыплёнка, и выросло крыло с зеркально удвоенными пальцами.

Часто судьбу клеток определяют сразу два морфогена, распространяющиеся навстречу друг другу. В нервной трубке «звуковой ёж» идёт снизу — от хорды и клеток дна трубки, — а другие сигнальные белки идут сверху — от покровной эктодермы и клеток крыши трубки. В брюшной части будущего спинного мозга, где больше «звукового ежа», образуются двигательные нейроны, в спинной части — чувствительные, а между ними — вставочные. Если пересадить лишнюю хорду сбоку от нервной трубки, рядом с ней появятся лишние двигательные нейроны. Так по двум координатам клетка точно узнаёт своё место.

Как строится конечность

Зачаток конечности — небольшой бугорок мезенхимы, покрытый эктодермой. На его вершине эктодерма образует утолщённый гребень. В 1948 году Джон Сондерс удалял этот гребень у зачатков крыла цыплёнка [9]. Чем раньше удаляли гребень, тем короче получалось крыло: при раннем удалении развивалось только плечо, при позднем — плечо и предплечье без кисти. Значит, гребень поддерживает рост зачатка, и части конечности закладываются по порядку — от плеча к кончикам пальцев. У конечности три оси, и каждую задаёт свой сигнальный центр: гребень — ось «от плеча к пальцам», зона поляризующей активности на заднем краю — порядок пальцев от мизинца к большому, эктодерма спинной стороны — различие тыльной стороны кисти и ладони.

Узоры, которые рисуют себя сами

Не всякий узор задаётся градиентом от одного источника. В 1952 году британский математик Алан Тьюринг, известный как один из создателей теории вычислительных машин и взломщик шифров во время Второй мировой войны, опубликовал единственную свою работу по биологии [10]. Он показал на уравнениях, что два вещества, одно из которых усиливает собственное образование, а другое его подавляет и расходится быстрее, могут сами собой, из почти однородного состояния, образовать правильный узор из пятен или полос. Долгое время это считали красивой математикой. В 1995 году японские биологи Сигэру Кондо и Рихито Асаи заметили, что у растущих рыб-ангелов полосы на коже не растягиваются, а раздваиваются и вставляются между старыми, — точно так, как предсказывают уравнения Тьюринга [11].

По механизму Тьюринга, видимо, размечаются и пальцы. В 2012 году испанские и британские исследователи показали, что если у мыши постепенно выключать Hox-гены, работающие в кисти, пальцев становится всё больше — до 14–15 на одной лапе, а сами они становятся тоньше [12]. Hox-гены, по-видимому, задают «длину волны» узора: при меньшей длине волны в той же ширине кисти помещается больше пальцев. Лишние пальцы бывают и у людей, и у животных: у кошек с наследственной многопалостью мутация затрагивает участок ДНК, управляющий работой гена «звукового ежа» в зачатке лапы.

6. Как гены строят план тела: дрозофила

Самую полную картину того, как гены задают план строения тела, получили на плодовой мушке. В 1979–1980 годах в Гейдельберге Кристиана Нюслейн-Фольхард и Эрик Вишаус провели один из самых масштабных генетических опытов в истории биологии [13]. Они вызывали мутации у тысяч мух и под микроскопом просматривали десятки тысяч мёртвых личинок, отыскивая те, у которых нарушено деление тела на сегменты. Они нашли около 15 генов, мутации которых меняют число или строение сегментов, и разделили их на группы по тому, как выглядят дефекты. В итоге сложилась иерархия генов — каскад, в котором гены каждого уровня управляют генами следующего.

Удивительнее всего выглядят гены парного правила. Если окрасить зародыш дрозофилы на продукт одного из них, на зародыше видны семь поперечных полос, как у зебры. Каждая полоса — место будущего сегмента, и между полосами — промежуточные сегменты, которые размечает другой ген того же уровня. Так непрерывный градиент материнского белка через несколько ступеней превращается в чёткий рисунок из четырнадцати сегментов.

7. Гомеозисные гены

Последний уровень иерархии — гомеозисные гены. Они не делят тело на части, а сообщают каждой части, какой ей быть: в каком сегменте разовьются антенны, в каком — ноги, в каком — крылья. Если такой ген сломан или включается не там, одна часть тела заменяется другой. Это явление ещё в 1894 году британский биолог Уильям Бейтсон назвал гомеозисом.

Самые известные гомеозисные мутанты дрозофилы выглядят как фантастические существа. У мухи с мутацией Antennapedia на голове вместо антенн растут ноги. У мухи с несколькими мутациями в комплексе генов bithorax третий грудной сегмент превращается во второй, и вместо жужжалец — маленьких булавовидных органов равновесия — вырастает вторая пара крыльев: получается четырёхкрылая муха, похожая на стрекозу. Американский генетик Эдвард Льюис изучал гены комплекса bithorax более тридцати лет и в 1978 году показал, что они расположены в хромосоме в том же порядке, в каком работают вдоль тела мухи — от передних сегментов к задним [14]. Это свойство назвали колинеарностью.

В 1995 году Льюис, Нюслейн-Фольхард и Вишаус получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся генетического контроля раннего эмбрионального развития».

Гомеобокс — общий для всех

В 1983–1984 годах сразу две группы исследователей — в Базеле, в лаборатории Вальтера Геринга, и в США — обнаружили, что все гомеозисные гены дрозофилы содержат почти одинаковый участок ДНК длиной 180 пар нуклеотидов. Его назвали гомеобоксом. Он кодирует часть белка, которой белок связывается с ДНК: гомеозисные белки — это регуляторы, которые включают и выключают другие гены. А затем выяснилось главное: гены с гомеобоксом есть у лягушки, мыши, человека — практически у всех животных. Более того, у позвоночных они тоже собраны в комплексы и тоже работают вдоль оси тела в том же порядке, в каком лежат в хромосоме. У дрозофилы один комплекс из восьми Hox-генов, у млекопитающих — четыре комплекса, всего 39 генов, возникших удвоением древнего комплекса.

У позвоночных Hox-гены определяют, например, тип позвонков: шейные, грудные с рёбрами, поясничные, крестцовые. Если у мыши выключить один из Hox-генов, некоторые позвонки «превращаются» в соседние: например, на последнем шейном позвонке вырастает ребро. Сходные изменения бывают и у человека: шейные рёбра встречаются примерно у 0,5–1 % людей. Мутации гена HOXD13 у человека вызывают сращение пальцев и лишние пальцы на руках и ногах. Подробнее о Hox-генах — в статье «Hox-гены — главные архитекторы тела животных».

Ягнята-циклопы

В 1950-х годах фермеры в горах Айдахо (США) столкнулись с загадкой: каждый год у их овец рождались ягнята-циклопы — с одним глазом посередине лба. Американские ветеринары Ричард Килер и Уэйн Биннс выяснили, что такие ягнята рождаются у овец, которые примерно на 14-е сутки беременности поедали растение чемерицу калифорнийскую. Вещество из этого растения назвали циклопамином. В 1998 году выяснилось, что циклопамин блокирует восприятие клетками сигнала «звукового ежа» [15]. В норме этот сигнал от хорды и головной мезодермы разделяет зачаток глаза на два — правый и левый — и разделяет передний мозг на полушария. Без сигнала зачаток глаза остаётся единым посередине. Тот же порок бывает у людей с мутациями гена «звукового ежа». А циклопамин и похожие на него вещества теперь используют как лекарства против некоторых опухолей кожи, в которых этот сигнальный путь включён по ошибке.

Главный ген глаза

Ещё один поразительный пример — ген, запускающий развитие глаза. У дрозофилы мутация eyeless приводит к отсутствию глаз, у мыши и человека мутации похожего гена Pax6 — к недоразвитию глаз. В 1995 году группа Вальтера Геринга заставила ген eyeless работать в клетках зачатков ног, крыльев и антенн мухи [16]. У мух выросли дополнительные фасеточные глаза — на ногах, крыльях, антеннах, с нормальными светочувствительными клетками. Когда вместо гена мухи ввели мышиный ген Pax6, у мухи тоже выросли глаза — но мушиные, фасеточные, а не глаза мыши. Значит, ген лишь запускает программу «здесь будет глаз», а то, каким будет глаз, определяют другие гены самого организма. Этот опыт показал, что глаза мухи и позвоночных, устроенные совершенно по-разному, управляются общим древним геном.

8. Гены развития и эволюция

Открытие общих генов развития у мухи и человека породило новую область биологии — эволюционную биологию развития. Её главная идея: новые формы тела возникают не столько из-за появления новых генов, сколько из-за изменений того, где, когда и насколько сильно работают старые гены развития.

Почему у змей нет ног

В 1999 году британские биологи Мартин Кон и Шерил Тикл изучили зародышей питона [17]. Оказалось, что у змей Hox-гены, которые у других позвоночных работают только в грудном отделе и определяют там позвонки с рёбрами, работают почти по всей длине туловища. Поэтому почти всё туловище змеи устроено как «грудь»: позвонки с рёбрами от головы до клоаки. А передние конечности у позвоночных закладываются на границе шеи и груди — у змеи такой границы нет. У питона сохранились зачатки задних конечностей, но в них не работает сигнальный центр, поддерживающий рост, и вместо ног остаются лишь маленькие шпоры по бокам клоаки.

Почему у насекомых шесть ног

Предки насекомых, похожие на многоножек, имели ноги на всех сегментах. У насекомых ноги есть только на трёх грудных сегментах. Причина — в работе одного из Hox-генов: в брюшных сегментах насекомого его белок подавляет ген, необходимый для развития конечностей. У ракообразных белок того же Hox-гена немного другой и такого действия не оказывает, поэтому у многих ракообразных конечности есть и на брюшных сегментах. Небольшое изменение одного регуляторного белка определило облик целого класса животных.

Клювы дарвиновых вьюрков

Вьюрки Галапагосских островов, вдохновившие Дарвина, различаются формой клюва: у одних он массивный и короткий — раскалывать семена, у других тонкий и длинный — доставать насекомых или пить нектар кактусов. В 2004 году американские исследователи под руководством Клиффорда Табина показали, что у зародышей вьюрков с массивными клювами в зачатке клюва раньше и сильнее работает ген одного сигнального белка, и если усилить работу этого гена у зародыша курицы, у неё вырастает более широкий и глубокий клюв [18]. Изменение силы и времени работы одного гена развития меняет форму органа, на который действует естественный отбор.

Перевёрнутый план

В 1822 году французский зоолог Этьен Жоффруа Сент-Илер высказал смелую идею: позвоночное — это перевёрнутое членистоногое. У насекомого нервная цепочка проходит по брюшной стороне, а сердце — по спинной; у позвоночного — наоборот. Над этой идеей смеялись больше полутора веков. Но в 1990-х годах выяснилось, что у дрозофилы на брюшной стороне работает белок, похожий на хордин позвоночных, а на спинной — родственник «кожного» сигнального белка, и что белки мухи действуют в зародыше лягушки и наоборот. Только у мухи хордин выделяется брюшной стороной, где образуется нервная цепочка, а у позвоночных — спинной, где образуется нервная трубка. В 1996 году Эдди Де Робертис и Ёсики Сасаи заключили, что план спинной и брюшной сторон у всех двустороннесимметричных животных общий, а в линии, ведущей к позвоночным, он «перевернулся» [19]. Жоффруа Сент-Илер оказался во многом прав.

9. Дифференцировка: одни гены — разные клетки

Нейрон, клетка печени и клетка хрусталика одного человека содержат одни и те же гены. Различаются они тем, какие гены в них работают. В клетке хрусталика включены гены кристаллинов, в эритроците-предшественнике — гены гемоглобина, в мышечной клетке — гены актина и миозина мышечного типа. Индукция и позиционная информация в конечном счёте и определяют, какой набор генов будет работать в каждой клетке. Дифференцировка — это результат избирательной работы генов.

Доказательство того, что при дифференцировке гены не теряются, дал в 1962 году британский биолог Джон Гёрдон [20]. Он разрушал ядро в яйцеклетке шпорцевой лягушки ультрафиолетом и вводил в неё ядро клетки кишечного эпителия головастика. Из части таких яйцеклеток развивались нормальные головастики, а иногда и взрослые лягушки. Значит, ядро специализированной клетки сохранило все гены, необходимые для развития целого организма. Через 34 года на том же принципе была клонирована овца Долли, а в 2012 году Гёрдон получил Нобелевскую премию вместе с Синъей Яманакой, который научился возвращать специализированные клетки в плюрипотентное состояние.

Детерминация обычно устойчива: клетка «запоминает» свой выбор и передаёт его дочерним клеткам при делении. Эта память хранится не в последовательности ДНК, а в метках на ДНК и белках хромосом — метильных группах на цитозине, химических изменениях гистонов, — которые определяют, какие гены доступны для работы. Такие наследуемые изменения работы генов без изменения последовательности ДНК называют эпигенетическими.

Глаз в пробирке

Механизмы индукции и самоорганизации действуют и вне зародыша. В 2011 году японские исследователи из группы Ёсики Сасаи вырастили из эмбриональных стволовых клеток мыши в пробирке трёхмерные структуры, которые сами впячивались и превращались в глазной бокал с двумя слоями — будущей сетчаткой и пигментным слоем [21]. Никакой эктодермы, хрусталика и окружающих тканей при этом не было: оказалось, что клетки сетчатки «знают», как свернуться в бокал, если получают нужные сигналы. Такие выращенные в пробирке зачатки органов называют органоидами. Сейчас выращивают органоиды сетчатки, мозга, кишки, почки; на них изучают болезни и испытывают лекарства, а клетки сетчатки, полученные таким способом, пробуют пересаживать людям с наследственной слепотой.

Позиционная информация во взрослом организме

У некоторых животных механизмы развития продолжают работать и во взрослом состоянии. Ещё в 1898 году американский биолог Томас Хант Морган, будущий основатель хромосомной теории, показал, что кусочек планарии размером около 1/279 её тела может восстановить целого червя. При этом из переднего среза вырастает голова, из заднего — хвост: клетки «помнят», где перед, а где зад. У аксолотля после ампутации ноги на культе образуется скопление клеток — бластема, — из которого вырастает ровно та часть, которой не хватает: если отрезать по плечу — вся рука, если по запястью — только кисть. Клетки бластемы сохраняют позиционную информацию, и в ней участвуют те же Hox-гены и сигнальные белки, что в зародыше. Подробнее — в статье «Hox-гены и регенерация: сможем ли мы отращивать конечности».

10. Итог: что важно знать

1. Эмбриональная индукция — влияние одной части зародыша (индуктора) на развитие другой, компетентной части; индуктор выделяет вещества, меняющие работу генов в клетках-мишенях.
2. Последовательность: индукция → детерминация (выбор пути развития) → дифференцировка (специализация клеток).
3. Опыт Шпемана и Мангольд (1924): пересаженная верхняя губа бластопора индуцирует у хозяина второй осевой комплекс органов; этот участок назвали организатором.
4. Индукции образуют цепи: глазной бокал индуцирует хрусталик, хрусталик — роговицу. Индукция может быть и взаимной, как при развитии почки и зуба, где обе ткани влияют друг на друга.
5. Судьбу клеток определяют морфогены — вещества, концентрация которых несёт позиционную информацию (например, бикоид у дрозофилы).
6. План строения задаёт иерархия генов: материнского эффекта → сегментации → гомеозисных (Hox). Мутации Hox-генов заменяют одну структуру другой (Antennapedia — ноги вместо антенн; bithorax — вторая пара крыльев).
7. Hox-гены содержат гомеобокс, есть у всех двустороннесимметричных животных и расположены в хромосоме в том же порядке, в каком работают вдоль оси тела.
8. Дифференцировка — результат избирательной работы генов: все клетки организма содержат одинаковый набор генов (опыт Гёрдона).
9. Новые формы тела в эволюции часто возникают из-за изменения места, времени и силы работы старых генов развития: так объясняют отсутствие ног у змей, шесть ног у насекомых, форму клювов вьюрков.

11. Частые ошибки

• «При индукции клетки индуктора превращаются в клетки нового органа». Индуктор лишь подаёт сигнал; органы образуются из клеток ткани-мишени. В опыте Шпемана и Мангольд нервная трубка второго зародыша построена в основном из клеток хозяина.
• «Любая ткань может ответить на любой индуктор». Отвечает только компетентная ткань и только в определённый период развития.
• «Дифференцировка — это потеря ненужных генов». Гены сохраняются; различается их работа. Это доказывает пересадка ядер специализированных клеток в яйцеклетку (опыт Гёрдона, клонирование).
• «Детерминация и дифференцировка — одно и то же». Детерминация — выбор пути развития, внешне клетка может не меняться; дифференцировка — появление специализированного строения и функций.
• «Hox-гены есть только у насекомых». Они есть у всех двустороннесимметричных животных, включая человека; у млекопитающих их 39.
• «Мутация Antennapedia создаёт новую структуру». Мутация лишь включает в головном сегменте программу «нога», уже существующую в грудных сегментах; новой структуры не возникает — одна заменяется другой.
• «Организатор есть только у земноводных». Организаторы найдены у всех позвоночных: у птиц и млекопитающих — гензеновский узелок, у рыб — зародышевый щиток.
• «У змей нет генов, нужных для конечностей». Гены есть, а у питонов даже закладываются зачатки задних конечностей; изменилась работа Hox-генов и сигнальных центров.
• «Новые органы в эволюции возникают только из новых генов». Чаще новое возникает из изменений того, где, когда и как сильно работают старые гены развития: так изменились клювы вьюрков и число ног у насекомых.
• «Каждый орган развивается под действием своего особого сигнального вещества». Сигнальных путей в развитии немного, и одни и те же белки используются многократно в разных органах; результат определяется тем, какая ткань получает сигнал и когда.
• «Организатор сам превращается во все органы второго зародыша». Клетки организатора дают в основном хорду и часть мезодермы; нервная трубка и другие органы второго зародыша построены из клеток хозяина, изменивших судьбу под действием индукции.
• «Морфоген — то же, что гормон». Морфоген действует внутри зародыша на небольшом расстоянии, и важна его концентрация в каждой точке; гормоны разносятся кровью по всему организму.

12. Интересные факты

• Шпеман делал свои первые перетяжки зародышей петлёй из волоса своей маленькой дочери: тоньше инструмента тогда не нашлось.
• Хильде Мангольд для опытов брала тритонов двух видов разной окраски — светлого и тёмного, — чтобы на срезах отличать клетки донора от клеток хозяина. Это была одна из первых «меток» клеток в истории биологии.
• Белок «звуковой ёж» назван в честь героя компьютерной игры, а ген дрозофилы tinman («железный дровосек»), без которого не развивается сердце, — в честь персонажа сказки, которому не хватало сердца.
• Мышиный ген глаза, введённый мухе, вызывает развитие у неё фасеточных глаз мухи, а не глаз мыши.
• Нюслейн-Фольхард и Вишаус просмотрели под микроскопом десятки тысяч личинок дрозофилы, отыскивая нарушения сегментации; на этих работах основана современная генетика развития.
• У питона сохранились зачатки задних ног, а у взрослой змеи от них остаются маленькие шпоры по бокам клоаки, которыми самцы пользуются при ухаживании.
• Кусочек планарии размером около 1/279 тела может восстановить целого червя.
• Идею о том, что позвоночное — «перевёрнутое» членистоногое, высказал Жоффруа Сент-Илер в 1822 году, а подтвердили её гены, найденные через 170 с лишним лет.
• Алан Тьюринг, математик и взломщик шифров, в 1952 году предсказал, как могут возникать полосы и пятна на коже животных; через 40 с лишним лет его модель подтвердили на рыбах.
• Ягнята-циклопы рождались у овец, поевших чемерицу на 14-е сутки беременности: вещество растения блокирует сигнал, разделяющий зачаток глаза на два.
• Если у мыши постепенно выключать Hox-гены, работающие в кисти, пальцев на лапе становится всё больше — до 14–15, а сами они становятся тоньше.
• Сигнальных путей, которыми клетки зародыша «разговаривают» друг с другом, всего около десятка, и все они общие для мухи, лягушки и человека.
• Когда у мыши выключают один из Hox-генов, у неё может вырасти ребро на последнем шейном позвонке — так же, как у людей с «шейным ребром».
• Опыт с пересадкой ядра клетки кишечника в яйцеклетку лягушки Гёрдон поставил в 1962 году, будучи аспирантом; одному из его учителей в школе он казался безнадёжным в естественных науках.

13. Частые вопросы

14. ЕГЭ

Эмбриональная индукция и план строения входят в элемент 3.1 кодификатора [22]: «Взаимное влияние частей развивающегося зародыша (эмбриональная индукция). Закладка плана строения животного как результат иерархических взаимодействий генов». В части 1 бывают задания на понятия (индукция, индуктор, компетентность, дифференцировка), на опыты Шпемана, Дриша, Ру, на примеры гомеозисных мутаций. В части 2 — вопросы по рисунку опыта с пересадкой губы бластопора или по развитию глаза, вопросы о том, почему клетки с одинаковыми генами различаются.

Что обязательно знать к экзамену

• Определения индукции, индуктора, компетентности, детерминации, дифференцировки.
• Опыт Шпемана и Мангольд: что пересаживали, куда, что получили и какой вывод.
• Цепь индукций при развитии глаза.
• Опыты Ру и Дриша и их выводы.
• Иерархию генов дрозофилы и примеры гомеозисных мутаций.
• Что дифференцировка — результат избирательной работы генов.

Разбор вопроса по рисунку опыта

Вопрос. На рисунке — опыт с пересадкой участка ранней гаструлы светлого тритона на брюшную сторону гаструлы тёмного тритона. На брюшной стороне хозяина образовалась вторая нервная трубка. Какой участок пересадили? Из чьих клеток в основном состоит вторая нервная трубка? Как называют это явление и пересаженный участок?

Ответ. 1) Пересадили верхнюю (спинную) губу бластопора. 2) Вторая нервная трубка состоит в основном из клеток хозяина (тёмных): эктодерма брюшной стороны, которая стала бы кожей, под влиянием пересаженного участка превратилась в нервную ткань. 3) Явление — эмбриональная индукция; пересаженный участок — индуктор, его называют организатором.

Разбор вопроса по рисунку развития глаза

Вопрос. На рисунке — разрез головы зародыша амфибии на стадии развития глаза. Как называется двустенная чаша, отходящая от мозга, и из какой части зародыша она образуется? Какую роль она играет по отношению к покровной эктодерме? Как называется пузырёк, погружающийся в чашу, и что он индуцирует? Что произойдёт, если чашу удалить до начала индукции?

Ответ. 1) Чаша — глазной бокал, вырост промежуточного мозга. 2) Глазной бокал — индуктор: под его влиянием компетентная покровная эктодерма утолщается и образует хрусталик. 3) Пузырёк — хрусталиковый; хрусталик индуцирует образование роговицы — это цепь индукций. 4) Если удалить глазной бокал до начала индукции, хрусталик не образуется.

Разбор вопроса о дифференцировке

Вопрос. Клетки печени, мышц и нервной ткани человека образовались митозом из одной зиготы. Почему они так различаются по строению и функциям?

Ответ. 1) Все эти клетки содержат одинаковый набор генов, так как образовались митозом. 2) В разных клетках работают разные гены: часть генов включена, часть выключена. 3) Какие гены работают, определяется сигналами соседних клеток (эмбриональной индукцией) и положением клетки в зародыше; это дифференцировка.

Связь с другими темами

Индукция связана с гаструляцией и нейруляцией (статья «Гаструляция, зародышевые листки и органогенез»), с генетикой (регуляция работы генов, материнский эффект), с эволюцией (общие гены развития у разных животных), с медициной (пороки развития). О том, как на развитие зародыша влияют условия среды, — в следующей статье серии, «Среда и развитие зародыша».

15. Для олимпиад

Компетентность эктодермы

Кусочки эктодермы ранней и поздней гаструлы тритона пересаживали вплотную к организатору. Эктодерма ранней гаструлы образовала нервную ткань, а эктодерма поздней нейрулы — только кожу. Глазной пузырь, пересаженный под эктодерму туловища ранней нейрулы, индуцировал хрусталик, а под эктодерму туловища поздней нейрулы — нет. Объясните результаты. Ответ: эктодерма способна ответить на сигналы лишь в определённый период — компетентность ограничена во времени. Эктодерма поздних стадий уже детерминирована как кожная (или потеряла рецепторы и регуляторы, нужные для ответа) и не может изменить путь развития. Поэтому индукция возможна, только если индуктор и компетентная ткань встречаются в нужное время.

Градиент бикоида

У самки дрозофилы два гена бикоида работают нормально, и у её зародышей голова занимает примерно переднюю треть тела. 1) Как изменится положение границы «голова — грудь» у зародышей самки, у которой в геноме четыре копии гена бикоида? 2) У самки, у которой одна копия? 3) Какой вывод о механизме можно сделать? Ответ: 1) Концентрация бикоида везде выше, и порог, нужный для «головных» генов, достигается дальше от переднего конца — граница сдвигается назад, голова увеличивается. 2) При одной копии концентрация ниже, граница сдвигается вперёд, голова уменьшается. 3) Клетки определяют свою судьбу по концентрации морфогена: граница проходит там, где концентрация бикоида равна пороговой. Такие опыты действительно поставили, и результат совпал с предсказанием модели «французского флага».

Гребень зачатка конечности

У зачатка крыла цыплёнка удалили эктодермальный гребень на вершине на ранней стадии — развилось только плечо; на более поздней — плечо и предплечье; ещё позже — почти полное крыло без концевых фаланг. Если гребень удалить, а вместо него вставить шарик, пропитанный сигнальным белком, который гребень выделяет, развивается нормальное крыло. 1) Какова роль гребня? 2) В каком порядке закладываются части конечности? 3) Что доказывает опыт с шариком? Ответ: 1) Гребень поддерживает размножение клеток мезенхимы под собой и не даёт им преждевременно дифференцироваться. 2) Части закладываются от основания к кончику: плечо → предплечье → кисть. Удаление гребня останавливает закладку на том этапе, которого она достигла. 3) Функцию гребня выполняет выделяемое им вещество: сигнал передаётся химически, и белок может заменить индуктор.

Лягушачий рот у тритона

Кусочек брюшной эктодермы ранней гаструлы лягушки пересадили в область будущего рта гаструлы тритона. У личинки тритона на месте пересадки развился ротовой аппарат с роговыми челюстями, как у головастика, а не с зубами, как у личинки тритона. 1) Какая часть опыта доказывает, что произошла индукция? 2) Что определило тип ротового аппарата? 3) С каким современным опытом с генами можно сравнить этот результат? Ответ: 1) Брюшная эктодерма в норме даёт кожу живота; то, что из неё образовался рот, означает, что её судьбу изменили сигналы окружающих тканей тритона. 2) Тип ротового аппарата определили гены самой пересаженной ткани: сигнал «здесь рот» универсален, а программа построения рта у лягушки своя. 3) С опытом, в котором мышиный ген глаза вызывает у мухи развитие мушиных, фасеточных глаз: регуляторный сигнал или ген запускает программу, но содержание программы определяет организм, который на него отвечает.

Пересадка ядер

Ядра клеток зародыша лягушки разного возраста пересаживали в яйцеклетки с разрушенным ядром. Из ядер бластулы нормальные головастики развивались в большинстве случаев, из ядер клеток кишечника головастика — лишь в немногих. Означает ли это, что в клетках кишечника часть генов утрачена? Ответ: нет. Если бы гены были утрачены, нормальный головастик не развился бы ни разу, а он развивается. Снижение успеха объясняется тем, что в ядре специализированной клетки гены «помечены» для работы или молчания (эпигенетические изменения), и цитоплазма яйцеклетки не всегда успевает перепрограммировать ядро; кроме того, ядрам быстро делящейся яйцеклетки трудно вовремя удвоить ДНК, и в хромосомах возникают повреждения.

16. Задания с разбором

Задание 1

Установите последовательность событий при развитии глаза позвоночного: А) образование хрусталика; Б) выпячивание глазного пузыря из переднего мозга; В) образование роговицы; Г) утолщение покровной эктодермы напротив глазного пузыря; Д) превращение глазного пузыря в глазной бокал.

Задание 2

Установите соответствие между понятиями и определениями. Определения: А) способность ткани ответить на сигнал; Б) часть зародыша, подающая сигнал; В) приобретение клеткой специализированного строения; Г) выбор клеткой пути развития. Понятия: 1) индуктор; 2) компетентность; 3) детерминация; 4) дифференцировка.

Задание 3

Выберите три верных ответа. В опыте Шпемана и Мангольд: 1) пересаживали верхнюю губу бластопора; 2) использовали зародышей морского ежа; 3) на брюшной стороне хозяина образовался второй осевой комплекс органов; 4) вторая нервная трубка образовалась в основном из клеток донора; 5) пересаженный участок назвали организатором; 6) опыт проводили на стадии зиготы.

Задание 4

Найдите ошибки в тексте. (1) Эмбриональная индукция — влияние одной части зародыша на развитие другой. (2) На сигнал индуктора может ответить любая ткань в любой период развития. (3) Глазной бокал индуцирует образование хрусталика. (4) При дифференцировке клетки теряют ненужные гены. (5) Гомеозисные гены определяют особенности сегментов тела.

Задание 5

Установите соответствие между опытами и выводами. Опыты: А) Дриш разделил бластомеры морского ежа; Б) Шпеман и Мангольд пересадили губу бластопора; В) Гёрдон пересадил ядро клетки кишечника в яйцеклетку; Г) Льюис пересадил глазной пузырь под кожу туловища. Выводы: 1) ядро специализированной клетки сохраняет все гены; 2) ранние бластомеры тотипотентны; 3) участок зародыша индуцирует осевые органы; 4) глазной пузырь индуцирует хрусталик.

Задание 6

Выберите три верных ответа. Гомеозисные гены: 1) содержат гомеобокс; 2) есть только у насекомых; 3) определяют особенности частей тела вдоль оси; 4) расположены в хромосоме в порядке работы вдоль оси тела; 5) кодируют белки мышц; 6) работают только у взрослых организмов.

Задание 7

Почему клетки одного организма, имеющие одинаковые гены, различаются по строению и функциям?

Задание 8

Установите последовательность уровней иерархии генов, определяющих план строения дрозофилы: А) гомеозисные гены; Б) гены материнского эффекта; В) гены пробелов; Г) гены парного правила; Д) гены полярности сегментов.

Задание 9

Что произойдёт, если у зародыша удалить глазной пузырь до его контакта с эктодермой? Объясните.

Задание 10

Выберите три верных ответа. Мутации гомеозисных генов дрозофилы могут привести к: 1) развитию ног на месте антенн; 2) появлению второй пары крыльев вместо жужжалец; 3) замене одной структуры другой; 4) изменению числа хромосом; 5) появлению новых органов, не свойственных насекомым; 6) превращению мухи в стрекозу.

Задание 11

Установите соответствие между индуктором и структурой, образование которой он вызывает. Индукторы: А) глазной бокал; Б) хрусталик; В) верхняя губа бластопора; Г) вегетативные клетки бластулы. Структуры: 1) мезодерма; 2) роговица; 3) хрусталик; 4) нервная пластинка.

Задание 12

Почему в опыте Шпемана и Мангольд использовали тритонов двух видов разной окраски?

Задание 13

Выберите три верных ответа. Морфоген: 1) вещество, концентрация которого определяет судьбу клеток; 2) образует градиент концентрации; 3) переносится кровью по всему организму; 4) пример — белок бикоид у дрозофилы; 5) всегда является гормоном; 6) действует только у взрослых организмов.

Задание 14

Чем детерминация отличается от дифференцировки? Как экспериментально проверить, детерминирована ли клетка?

Задание 15

Установите соответствие между мутациями и их проявлениями у дрозофилы. Мутации: А) Antennapedia; Б) bithorax (несколько мутаций комплекса); В) мутация гена бикоид у матери; Г) eyeless. Проявления: 1) зародыш без головы и груди; 2) нет глаз; 3) ноги вместо антенн; 4) вторая пара крыльев вместо жужжалец.

Задание 16

Почему ген, вызывающий развитие глаза у мыши, при введении мухе вызывает развитие глаз мухи, а не мыши?

Задание 17

Выберите три верных ответа. Организатор: 1) у земноводных — верхняя губа бластопора; 2) у птиц — гензеновский узелок; 3) образуется из эктодермы; 4) выделяет белки, блокирующие «кожные» сигналы; 5) появляется на стадии зиготы; 6) состоит из клеток хрусталика.

Задание 18

Как опыт Гёрдона по пересадке ядер доказал, что при дифференцировке гены не утрачиваются? Как этот вывод связан с клонированием животных?

Задание 19 (олимпиадное)

Верхнюю губу бластопора ранней гаструлы пересадили на брюшную сторону другой гаструлы — образовался второй зародыш с головой, нервной трубкой и хордой. Губу бластопора поздней гаструлы пересадили так же — образовался второй зародыш только с туловищем и хвостом, без головы. 1) Объясните различие. 2) Какие клетки губы бластопора первыми подворачиваются внутрь и что они индуцируют? 3) Какой вывод можно сделать об организаторе?

Задание 20 (олимпиадное)

У мыши выключили один Hox-ген, работающий в области первых грудных позвонков. У мутантов первый грудной позвонок оказался похож на последний шейный (без рёбер). 1) Какое явление наблюдается? 2) Почему мутация затронула только позвонки в определённой области? 3) Почему позвонок превратился именно в шейный, а не в поясничный?

Литература

1. Spemann H., Mangold H. Über Induktion von Embryonalanlagen durch Implantation artfremder Organisatoren // Archiv für mikroskopische Anatomie und Entwicklungsmechanik. 1924. Bd. 100. S. 599–638.
2. Smith W. C., Harland R. M. Expression cloning of noggin, a new dorsalizing factor localized to the Spemann organizer in Xenopus embryos // Cell. 1992. Vol. 70. P. 829–840.
3. Sasai Y., Lu B., Steinbeisser H. et al. Xenopus chordin: a novel dorsalizing factor activated by organizer-specific homeobox genes // Cell. 1994. Vol. 79. P. 779–790.
4. Hemmati-Brivanlou A., Melton D. Vertebrate embryonic cells will become nerve cells unless told otherwise // Cell. 1997. Vol. 88. P. 13–17.
5. Lewis W. H. Experimental studies on the development of the eye in amphibia. I. On the origin of the lens. Rana palustris // American Journal of Anatomy. 1904. Vol. 3. P. 505–536.
6. Kollar E. J., Fisher C. Tooth induction in chick epithelium: expression of quiescent genes for enamel synthesis // Science. 1980. Vol. 207. P. 993–995.
7. Wolpert L. Positional information and the spatial pattern of cellular differentiation // Journal of Theoretical Biology. 1969. Vol. 25. P. 1–47.
8. Driever W., Nüsslein-Volhard C. A gradient of bicoid protein in Drosophila embryos // Cell. 1988. Vol. 54. P. 83–93.
9. Saunders J. W. The proximo-distal sequence of origin of the parts of the chick wing and the role of the ectoderm // Journal of Experimental Zoology. 1948. Vol. 108. P. 363–403.
10. Turing A. M. The chemical basis of morphogenesis // Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. 1952. Vol. 237. P. 37–72.
11. Kondo S., Asai R. A reaction–diffusion wave on the skin of the marine angelfish Pomacanthus // Nature. 1995. Vol. 376. P. 765–768.
12. Sheth R., Marcon L., Bastida M. F. et al. Hox genes regulate digit patterning by controlling the wavelength of a Turing-type mechanism // Science. 2012. Vol. 338. P. 1476–1480.
13. Nüsslein-Volhard C., Wieschaus E. Mutations affecting segment number and polarity in Drosophila // Nature. 1980. Vol. 287. P. 795–801.
14. Lewis E. B. A gene complex controlling segmentation in Drosophila // Nature. 1978. Vol. 276. P. 565–570.
15. Incardona J. P., Gaffield W., Kapur R. P., Roelink H. The teratogenic Veratrum alkaloid cyclopamine inhibits Sonic hedgehog signal transduction // Development. 1998. Vol. 125. P. 3553–3562.
16. Halder G., Callaerts P., Gehring W. J. Induction of ectopic eyes by targeted expression of the eyeless gene in Drosophila // Science. 1995. Vol. 267. P. 1788–1792.
17. Cohn M. J., Tickle C. Developmental basis of limblessness and axial patterning in snakes // Nature. 1999. Vol. 399. P. 474–479.
18. Abzhanov A., Protas M., Grant B. R. et al. Bmp4 and morphological variation of beaks in Darwin’s finches // Science. 2004. Vol. 305. P. 1462–1465.
19. De Robertis E. M., Sasai Y. A common plan for dorsoventral patterning in Bilateria // Nature. 1996. Vol. 380. P. 37–40.
20. Gurdon J. B. The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles // Journal of Embryology and Experimental Morphology. 1962. Vol. 10. P. 622–640.
21. Eiraku M., Takata N., Ishibashi H. et al. Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture // Nature. 2011. Vol. 472. P. 51–56.
22. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.